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Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/42958
Título : Bridging the gap between hydrological and biogeochemical processes in a high Andean catchment: a comprehensive tracer-aided model framework
Autor: Pesántez Vallejo, Juan Patricio
Director(es): Crespo Sánchez, Patricio Javier
Tutor(es): Birkel, Christian
Célleri Alvear, Rolando Enrique
ORCID del investigador: 
0000-0001-5126-0687

0000-0002-6792-852X

0000-0002-7683-3768
Materia: CIUC::Ciencias de la Tierra::Hidrología::Hidrobiología
Palabras clave : Ingeniería Civil
Modelación de trazadores
Carbono orgánico
Fecha de publicación : 29-sep-2023
Paginación: 165 páginas
Editor: Universidad de Cuenca
Abstract: 
The Andean mountains satisfy the vital needs of the Andean population and its lowlands. However, they are projected to experience significant impacts attributed to land-use change and climate change. Despite our understanding of the hydrology in these areas, to date, there has been no modeling framework that incorporates direct data acquisition, simple models, and extends to a distributed modeling framework. Such a framework should be able to elucidate hydrological and biogeochemical processes in a manner comprehensible to decision-makers. Therefore, the primary objective of this thesis is to spatially and temporally assess the production and distribution of water and dissolved organic carbon (DOC) in a páramo catchment using tracer-aided models. To achieve this, we have monitored hydrometeorological and biogeochemical parameters, as well as water stable isotopes. In combination with field observations and perceptual knowledge of these catchments, we evaluated them within a comprehensive hydrological modeling framework. We found that DOC and other solutes can be estimated through in-situ spectrometry. Using these solutes as tracers made it possible to compare different hydrological pathways and was the only way to identify that streamflow response consisted of near-surface rapid flow, more mixed flow through the two main soil types, as well as flow from shallow fractured rock, especially under base flow conditions. Based on the hydrological processes found, a new module was developed to simulate DOC production and incorporate it into a spatially distributed hydrological model at a high spatial (10 x 10 meters) and temporal (1 hour) resolution. This model allowed us to identify DOC hots pots and hot moments. The results showed increased hydrological connectivity between hillslopes and valleys with increasing precipitation. Wetter conditions also favored DOC production, especially in valleys (Histosols), and DOC transport to the river. Our findings suggest that minor changes in meteorological conditions directly affect water dynamics in páramo soils and its biogeochemistry. These conclusions will enable informed decisions to be made regarding water security, taking into account the effect of carbon loss from the soils to the rivers in the páramo.
Resumen : 
Las montañas de los Andes son vitales para el abastecimiento de agua en población andina y sus tierras bajas. Sin embargo, se proyecta que sufran impactos significativos atribuidos al cambio de uso de suelo y al cambio climático. A pesar de lo que se conoce sobre la hidrología de estas áreas, a la fecha no se ha desarrollado un esquema de modelación que incluya la adquisición directa de datos, modelos simples, y se extienda a un marco de modelación distribuida. Un esquema que pueda revelar procesos hidrológicos y biogeoquímicos de manera comprensible para los tomadores de decisiones. Por lo tanto, el objetivo principal de esta tesis es evaluar espacial y temporalmente la producción y distribución de agua y carbono orgánico disuelto (DOC) en una cuenca de páramo usando modelos asistidos por trazadores. Para lograrlo, hemos monitoreado parámetros hidrometeorológicos, biogeoquímicos e isotopos estables de agua a alta resolución. Esto junto con observaciones de campo y el conocimiento perceptual de estas cuencas, se evaluó en un marco de modelación hidrológica integral. Se encontró que se puede estimar DOC y otros solutos a través de la espectrometría in-situ. El uso de estos solutos como trazadores hizo posible comparar diferentes estructuras hidrológicas y fue la única forma de identificar que la respuesta del caudal consistió en un flujo rápido cerca de la superficie, flujo más mezclado a través de los dos principales tipos de suelo, así como flujo desde la roca fracturada superficial especialmente en condiciones de flujo base. Basados en los procesos de la cuenca se programó un nuevo módulo para simular la producción de DOC e incluirlo en un modelo hidrológico espacialmente distribuido de alta resolución espacial (10 x 10 metros) y temporal (1 hora). Este modelo permitió identificar áreas y momentos de mayor producción de DOC. Los resultados mostraron una mayor conectividad hidrológica entre las laderas y los valles con el aumento de la precipitación. Las condiciones más húmedas también favorecieron la producción de DOC, especialmente en los valles (Histosoles) y su transporte al río. Nuestros resultados sugieren que cambios menores en las condiciones meteorológicas afectan directamente la dinámica del agua en el suelo del páramo y su biogeoquímica. Estas conclusiones permitirán que se tomen decisiones acertadas sobre la seguridad hídrica tomando en cuenta el efecto que tiene la pérdida de carbono desde los suelos a los ríos en el páramo.
URI : http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/42958
Código: TPHD;23
Grado Académico: 
Doctor (PhD) en Recursos Hídricos
Aparece en las colecciones: Tesis Doctoral/PHD

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